28000空分装置试车及冷备操作总结

大唐28000空分装置试车及冷备操作总结

摘要：本文简述了大唐28000空分装置在试车过程中出现的问题，有上塔安全阀泄漏、液氮泵出口安全阀泄漏导致主冷液面降低、空冷塔和水冷塔液位测量不准及液氮泵密封气管路的改造。同时也描述了空分装置在冷备时需注意的问题和冷备时快速启动的方法。

关键词：安全阀；液氮泵；泄漏；液位；密封气；冷备；冷启动

Abstract: This article introduces briefly about the problem of Datang Abstract

28000 Air Separation Unit during the commissioning process, including the up tower safety valve leakage, liquid nitrogen pump outlet safety valve leakage causes the main condenser/evaporator liquid level decreases, air cooling tower and water cooling tower liquid level measurement inaccurate and liquid nitrogen pump sealing gas pipeline modification project. At the same time,the method to start rapidly the Air Separation Unit and should pay attention to the problems in cold standby condition are also described.

Key words: safety valve; liquid nitrogen pump ;leakage; liquid level; Key words

sealing gas;cold standby condition;cold start

作者：贾震宇、李燕鹏、于德明

一、空分装置介绍

大唐呼仑贝尔化肥有限公司年产18万吨合成氨、30万吨尿素工程是大唐集团公司的一个重点项目。该项目需配套1套28000Nm3/h的空分设备，由中国空分设备有限公司设计并成套供货。该装置采用汽轮机“一拖二”驱动空压机和空气增压机、分子筛立式径向流吸附净化、空气增压膨胀进下塔、规整填料上下塔、产品氧气和氮气双泵内压缩工艺流程。装置于2012年6月正式开车。2012年10月16日11时至2012年10月20日13时成套装置连续运行72小时以上，经考核氧、氮产品产量及纯度均达到或超过合同设计指标。

二、流程介绍

大唐28000Nm3/h空分装置的主要产品指标及流程组织见表1和图1。

表1 28000NM3/h空分设备产品参数

产 品

产量

(Nm3/h)

纯 度

出装置压力

MPa(G)/温度℃

备注

氧 气 28000 99.6% O

2

6.0/35.5 内压缩

氮 气 20000 ≤10ppm O

2

≤90ppm Ar

5.5/35.5 内压缩

氮 气 8000 ≤10ppm O

2

≤90ppm Ar

≥0.4/35.5 下塔抽取

液 氮 500 ≤10ppm O

2

≤90ppm Ar

0.20/-193 进贮槽

仪表空气 2000 露点≤-45℃ ≥0.7 增压机一级出口中抽

工厂空气 3000 露点≤-45℃ ≥0.45 纯化系统后抽出 流程组织特点：

1)上塔、下塔、增效塔采用规整填料塔，大大降低塔的阻力并且操作弹性达到70%-110%。设置一个带粗氩冷凝器的增效塔，将氩从氧氮中初步分离出来，提高了装置氧的提取率，减少了空压机排量，降低了装置的能耗。

2)下塔增加了理论塔板数，比常规填料下塔高，并且选择合理的液空进口位置，使得下塔顶部精馏的液氮和压力氮中含氧量和含氩量都非常低，氮中氩含量控制在50PPm以内，完全满足用户的要求，有利于减少合成氨中废气的排放。

3)产品液氧、液氮采用低温液体泵加压，经高压板式换热器复热后作为产品送出冷箱。相对于外压缩流程中采用氧压机和氮压机压缩产品气体，减少了机器的数量，节省了投资，而且相对于用氧压机来提供6.0MPa(G)氧气，采用压缩液氧的方式更加安全。

图1 大唐呼仑贝尔28000Nm 3/h 空分设备流程简图

三、空分装置试车过程中遇到的主要问题

3.1上塔安全阀引压管压坏事件

本装置上塔设有先导式安全阀。开车期间由于冷箱内各设备处于低温状态，

上塔顶部向下收缩约200mm，致使上塔安全阀气源的引压管（5A02-M）与冷箱顶部套管（Q235B）相碰，顶部套管制约了引压管的继续下移，引压管被割出一个

缺口，导致上塔顶部冷气泻出，安全阀底部结霜，设备跑冷。

割出缺口

图2 上塔安全阀及事故处理示意

在分馏塔处在保冷阶段时，对此问题进行处理。先将冷箱顶部套管与引压管

接触部分切一缺口，将上塔压力放至微正压，在线对引压管进行补焊。再次投用后，再没有发生上述问题。

3.2液氮泵出口安全阀泄漏导致主冷液面降低很快

空分正常运行过程中，主控人员发现主冷液位降低很快，增大膨胀机导叶开度，降低液体产品抽出量，仍无效果，主冷液位仍在降低。到现场进行检查，检查结果发现现场液氮泵出口安全阀上霜严重，有液体喷出，怀疑安全阀泄漏导致主冷液位大幅下降。及时切换备泵，主冷液面稳定，并回升。后将事故泵进行加温，将安全阀取下，发现有冰卡住安全阀的密封面。经分析，安全阀由于进口法兰未拧紧，造成安全阀入口气封被破坏，液体顶入安全阀中，影响安全阀弹簧性能，造成安全阀起跳后无法回座。将安全阀处理完毕后，重新安装，再没发生上述问题。

3.3空冷塔水冷塔液位测量不准

2012年12月，发现夜间空冷塔水冷塔液位上下波动，无法将液位控制投自动，需投手动控制才能稳定。后经分析，现场夜晚室外温度低于-20℃，空冷塔液位变送器毛细管内硅油冻住，使液位测量不准。对毛细管加电伴热以后，此问题得以解决。

3.4液氮泵密封气管路改造

调试阶段，空分设备氧纯度合格后，氮纯度迟迟无法降至10ppm以下。将下塔污液氮至上塔节流阀门开度关小，氮纯度仍无明显好转，同时下塔液空纯度较设计值偏低（含氧量不到34%），下塔污液氮中氧含量经手动分析后也低于设计值。经分析后怀疑液氮泵密封空气泄漏入液氮泵中，破坏氮纯度，为此，将进液氮泵密封气压力调低～0.02MPa,氮纯度由27ppm降至14ppm，纯度变化明显。由此，确定由于液氮泵密封气选用不当，造成空气泄漏入泵体，破坏氮的纯度。

找到原因后，决定改造液氮泵密封氮气管路，将液氮泵密封气由密封空气改为密封氮气。由于化肥厂为新建厂，现场压力氮气来源只有本套空分设备，因此保留原有密封空气管路，新增一路从产品高压氮气节流而来的密封氮气。空分装置启动时液氮泵用空气进行密封，等设备运行后，切换至密封氮气。液氮泵密封气管路改造完毕，密封氮气投用后，氮纯度降至5ppm以下，效果明显，设备至今运行稳定。

图3 液氮泵密封气管路改造示意

注：V1、V4、V5、V6为截止阀，V2为节流阀，V3为自力式调节阀

四、空分装置冷备操作过程中需要注意的相关问题

4.1 冷备时主要阀门的状态

除在冷箱封闭逻辑中关闭的自调阀门外，注意应该将增压机一段和二段的出口阀门关闭（下次开车时，用仪表气对增压机进行补气，仪表气露点较高，出口阀门不关，会堵塞板式等）。增压机开车前，用仪表气进行补气，等分子筛活化有合格气源后，打开增压机各段间冷却器的气侧导淋阀门，用分子筛后空气对增压机内气体进行置换，防止增压机补气使用的露点相对较低的仪表空气进入冷箱。

高压空气节流阀要保留少许开度（约6%左右），将高压空气管线内存压放完后可以关闭，防止高压空气管线内存有液体蒸发使管线内介质压力过大。

4.2冷备时的注意事项

4.2.1冷备过程中应注意经常分析主冷和下塔液空的液体

在停车期间，主冷及下塔液空很容易造成碳氢化合物的浓缩和积聚，到一定程度就会有发生爆炸的可能，需要对碳氢化合物浓度进行分析，并在线检测，同时最好每8小时手动进行分析一次碳氢化合物的含量，有液氧储槽还需适时对液氧储槽进行碳氢化合物的检测。

4.2.2冷备期间注意冷箱封闭是否正确，上下塔均维持正压状态。

4.3冷备时缩短开车时间的关键

4.3.1导气

冷箱导气过程的快慢是影响整个冷态启动时间的重要因素。导气快易引起空压机的卸载、下塔的液悬和上塔的超压等后果，导气过程慢增加了冷态启动的时间。我们在实践过程中找到了一种导气的办法，很好的解决了这些问题，并能够缩短导气过程需要的时间。

充压前下塔压力130kpa，先打开经分子筛纯化后空气进冷箱旁路阀向下塔充压，5min后全开旁路阀，下塔压力升至157.3kpa；慢开空气进冷箱大阀，同时下塔液空进上塔节流阀开到正常工作时的最佳位置，下塔污液氮进上塔节流阀开至正常工作时的最佳位置，将气体导入上塔。为防止上塔超压，将上塔污氮气去分子筛再生气流量和去预冷系统水冷塔污氮气流量控制在正常工作流量，为建立低压板式的冷量平衡做准备。

4.3.2建立低压板式冷量平衡

此时保证低压板式热端温差在1.5℃以内。此套装置，工艺设计比较合理，冷端温度在设计范围内，保证低压板式物料流量稳定。

4.3.3开膨胀机

膨胀机的开车重点在膨胀机的机前温度。机前温度在冷态时比较低约-107.9℃，这样膨胀机速度增加的就会慢，尤其在喘振区内要加快导叶打开的速度和加快回流阀的关闭速度。启动前先将增压机一段进行加载达到膨胀机最低启机压力，启动膨胀机后，膨胀机进口温度最低降至-123℃（高压板式液氧、液氮通道较冷，或有残留液体，正流空气进入板式后，与低温流体进行换热，导致膨胀机进口温度降低）。通过调整进高压板式换热器的增压机出口高压空气量和低压氮气外送量，调整膨胀机前温度为-110—-120℃。过程中需要注意高压空气流量过大会造成下塔压力高，低压空气吃不进下塔，导致低压板式跑冷，这在实际运行过程中是常见的，所以要控制好高压空气的流量。

增压机二段进行加载，补充冷量，积累液体，为开液氧泵做准备。

4.3.4投用增效塔

膨胀机开车同时就可以投用增效塔，缓慢建立增效塔的精馏过程，过快易造成上塔压力的波动，影响精馏效果。同时保持下塔液位稳定。准备开液体泵。

4.3.5开液体泵

精馏系统建立完毕，开启液氧泵，逐步提高液氧压力和流量至设计值，同时增加高压空气流量来平衡高压板式的冷量；开启液氮泵，逐步提高液氮压力和流量至设计值，同时增加高压空气流量来平衡高压板式的冷量。

注意：启动氧泵要遵守操作规定的要求，禁止在低液面下启动，以免主冷在低液面下工作时间过长引起碳氢化合物的积聚和与主冷的摩擦产生静电发生的爆炸。

4.3.6建立高压板式冷量平衡

高压板式热端温差我们控制在2.5℃，效果很好，冷端温度均在设计范围内。

4.3.7通过上述操作方法，大幅缩短了空分装置冷启动时的开车时间。

五、总结

28000空分装置在试车及运行过程中碰到的问题经分析后，获得了妥善的解决。在运行过程中，特别是冷启动时，我们根据操作规定及空分装置本身的特点，实践摸索出了快速启动的方法，大幅缩短了启动时间。同时，通过对各故障的深入分析和排除，使空分操作人员解决空分设备运行问题的能力和经验得到了进一步的提高。